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用于智能缝合线的胆汁酸基类皮肤状形状记忆纤维

9月23日

聚氨酯通常由硬段和软段组成,其具有较强的分子间相互作用、可调控的机械性能和易加工性,它们可呈现出形状记忆效应。对于生物医学应用而言,形状记忆聚氨酯的生物相容性仍有较大的提升空间。不可降解的聚氨酯手术缝合线在移除时通常会造成二次损伤,并在伤口处留下疤痕。尽管现阶段有源自脂肪族酸(如乳酸)的可降解聚氨酯,该类材料在降解时会在生物体内引发炎症反应。因此,设计具有良好生物相容性的形状记忆聚氨酯对于其临床应用具有重要意义。

近期,北师大朱晓夏、贾永光团队将动物来源的天然分子胆汁酸引入聚氨酯中作为硬段,以低分子量聚乙二醇作为软段,通过一锅法制备了一系列线性聚氨酯。胆汁酸衍生聚合物的降解产物具有较高的pKa值(约5.0),不会引起酸性毒性。


研究表明,所制备的胆酸基氨酯的数均分子量可达150 KDa,断裂伸长率高达600%,拉伸强度可达37 MPa。因此,聚氨酯样品展现出了良好的加工性和机械性能。由于此样品具有较宽的玻璃化转变温度,其可以展现出双重、三重甚至多重形状记忆效应。研究人员利用猪皮展示了多重刺激响应的自收紧手术缝合线的应用潜力。将缝合伤口的纤维状聚氨酯加热至50 ℃或使用红外激光照射40秒,伤口可以被缓慢的自收紧。


胆酸基聚氨酯的易加工性和力学性能


胆酸基聚氨酯的形状记忆性能

为了进一步证实此样品作为智能缝合线的优势,研究人员将胆酸基聚氨酯与商业化的聚乙二醇酸、尼龙缝合线分别对大鼠的伤口进行缝合。研究结果表明,用808 nm波长的红外激光照射30秒,聚氨酯样品会自收紧。缝合后10天,用胆酸基聚氨酯和聚乙二醇醋酸酯缝合的伤口已达到临床愈合,且胆酸基聚氨酯缝合的伤口没有观察到明显的疤痕,聚乙二醇酸缝合的伤口出现了一些伤疤。用尼龙缝合的伤口尚未愈合,也形成了一些脓疤。相比于聚乙二醇酸缝合线,胆酸基聚氨酯的生物降解更快。


缝合后伤口表面图像

研究人员还对伤口周围的皮肤做成的生理切片进行了H&E染色,结果表明胆酸基聚氨酯和聚乙醇酸两组缝合线比尼龙缝合线具有更好的组织相容性,且胆酸基聚氨酯和聚乙醇酸两组的缝合线具有相差不大的组织相容性。通过Masson染色,结果表明胆酸基聚氨酯和聚乙醇酸两组的伤口比尼龙缝合线伤口部位具有更多胶原含量,可以促进伤口更快的愈合。


H&E细胞染色图像


Masson染色图像

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202412565

(来源:高分子科学前沿)

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